(57)【要約】【課題】簡易にして小型化及び高性能化の両方を実現することができる光電センサ装置を提供する。【解決手段】光素子(2)が実装される回路基板(4)と、回路基板が収容されるケース(6)と、ケースに組み付けられ、光素子の光学系を決定するレンズ(10)が設けられたカバー(8)とを具備する光電センサ装置(1)であって、ケースに対して回路基板を組み付けて位置決めすることによってレンズに対する光素子の距離をケース側にて規定する位置決め手段(12)を備える。【選択図】図２
2010219202.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
光素子が実装される回路基板と、前記回路基板が収容されるケースと、前記ケースに組み付けられ、前記光素子の光学系を決定するレンズが設けられたカバーとを具備する光電センサ装置であって、
前記ケースに対して前記回路基板を組み付けて位置決めすることによって前記レンズに対する前記光素子の距離を前記ケース側にて規定する位置決め手段を備えることを特徴とする光電センサ装置。
【請求項２】
前記位置決め手段は、前記ケースに形成される突起部を有し、前記レンズと対向する前記光素子の光学面とは反対側の前記光素子の背面に前記突起部を当接させることによって、前記レンズに対する前記光素子の前記距離を規定することを特徴とする請求項１に記載の光電センサ装置。
【請求項３】
前記ケースまたは前記カバーに前記回路基板を固定する固定手段を備えることを特徴とする請求項１に記載の光電センサ装置。
【請求項４】
複数組の対応する前記光素子、前記回路基板、前記レンズ、前記位置決め手段を具備することを特徴とする請求項１に記載の光電センサ装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、光電センサ装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来より、可視、不可視光線の反射または遮光の何れかによって物体を検出する光電センサ装置が知られている。この種の光電センサ装置は、可視、不可視光線の反射または遮光の何れかによって物体を検出し、長距離検出を可能とするものが知られ、発光ダイオード（発光素子）やフォトダイオード（受光素子）などの光素子と、配線パターンが形成され、光素子が実装される回路基板と、回路基板が収納されるケースと、ケースに組み付けられ、光素子の光学系を決定するレンズが設けられたカバーとを具備している。
【０００３】
そして、光素子やレンズを光素子の光学的中心軸である光軸に沿って移動させるスライド調整手段を備え、スライド調整手段によって光素子とレンズとの距離を変化させ、光軸調整を容易に行うことによって光電センサ装置の高性能化を図る技術が開示されている（例えば、特許文献１参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２０００−２５８６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、上記従来技術のスライド調整手段は、光素子とレンズとの距離を調整するための回転機構を要するため、光電センサ装置の部品点数が増加し、ひいては光電センサ装置の生産コストが増大するとともに、光電センサ装置の構成が複雑になり、光電センサ装置を容易に小型化できないとの問題がある。
本発明は、このような課題に鑑みてなされたもので、簡易にして小型化及び高性能化の両方を実現することができる光電センサ装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
上記の目的を達成するべく、請求項１記載の光電センサ装置は、光素子が実装される回路基板と、回路基板が収容されるケースと、ケースに組み付けられ、光素子の光学系を決定するレンズが設けられたカバーとを具備する光電センサ装置であって、ケースに対して回路基板を組み付けて位置決めすることによってレンズに対する光素子の距離をケース側にて規定する位置決め手段を備えることを特徴としている。
【０００７】
また、請求項２記載の発明では、請求項１において、位置決め手段は、ケースに形成される突起部を有し、レンズと対向する光素子の光学面とは反対側の光素子の背面に突起部を当接させることによって、レンズに対する光素子の距離を規定することを特徴としている。
更に、請求項３記載の発明では、請求項１において、ケースまたはカバーに回路基板を固定する固定手段を備えることを特徴としている。
【０００８】
更にまた、請求項４記載の発明では、請求項１において、複数組の対応する光素子、回路基板、レンズ、位置決め手段を具備することを特徴としている。
【発明の効果】
【０００９】
本発明の光電センサ装置によれば、ケースに対して回路基板を組み付けて位置決めすることによってレンズに対する光素子の距離をケース側にて規定する位置決め手段を備える。これにより、レンズに対する光素子の距離を規定するための別部材を要さないため、光電センサ装置の生産コストを低減しつつ、光電センサ装置の高性能化を図ることができ、簡易にして光電センサ装置の小型化及び高性能化の両方を実現することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】本発明の第１実施形態に係る光電センサ装置の構造を示す分解斜視図である。
【図２】図１のＡ−Ａ方向からみた光電センサ装置の組立状態を示す縦断面図である。
【図３】本発明の第２実施形態に係る光電センサ装置の縦断面図である。
【図４】図３とは別の回路基板の固定手段を示す光電センサ装置の縦断面図である。
【図５】図４とは別の回路基板の固定手段を示す光電センサ装置の縦断面図である。
【図６】図５とは別の回路基板の固定手段を示す光電センサ装置の縦断面図である。
【図７】本発明の変形例に係る光電センサ装置の縦断面図である。
【図８】本発明の別の変形例に係る光電センサ装置の縦断面図である。
【図９】本発明の別の変形例に係る光電センサ装置の縦断面図である。
【図１０】本発明の別の変形例に係る光電センサ装置の縦断面図である。
【図１１】本発明の別の変形例に係る光電センサ装置の要部を示す分解斜視図である。
【図１２】本発明の別の変形例に係る光電センサ装置の縦断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
以下、図面を参照して本発明の一実施形態に係る光電センサ装置について先ず第１実施形態から説明する。
図１は、本実施形態に係る光電センサ装置１の構造を示す分解斜視図である。
光電センサ装置１は、可視、不可視光線の反射または遮光の何れかによって光素子２を介して物体を検出する検出器であって、光素子２が電気的に実装され、配線パターンが形成される回路基板４と、回路基板４が収容されるケース６と、ケース６に組み付けられるカバー８とから概略構成されている。
【００１２】
光素子２は、シリコン等の基板上に電子部品を実装し、表面をエポキシ樹脂等で封止した表面実装パッケージ部品であって、発光ダイオード（発光素子）やフォトダイオード（受光素子）などとして用いられ、図１の向きにて例えば縦横幅２ｍｍ、高さ０．４ｍｍ程度の外形寸法を有し、回路基板４において光素子２が実装される被実装面４ａの略中央に搭載されている。
【００１３】
ケース６及びカバー８は、何れも合成樹脂等から箱体に形成され、図１の向きにて例えば縦幅１０ｍｍ、横幅２０ｍｍ、高さ４ｍｍ程度の外形寸法を有している。
図２の、図１のＡ−Ａ方向からみた光電センサ装置１の組立状態を示す縦断面図を参照すると、カバー８には、その箱体の底面８ａにレンズ１０が設けられ、光素子２と共に光学系を形成する。本実施形態の場合には、レンズ１０はケース６及びカバー８の高さ方向に光素子２と正対して位置付けられ、これより、光素子２の発光や受光が被実装面４ａと平行な面にて可能な光電センサ装置１が構成される。
【００１４】
以下、光電センサ装置１の組立手順について説明する。
先ず、回路基板４がその被実装面４ａとは反対側の面である背面４ｂからケース６の底面６ａに載置され、ケース６に収容される。
次に、ケース６及びカバー８の各箱体の開口端面６ｂ、８ｂを互いに当接させたうえでケース６及びカバー８の外周部をそれぞれ冶具で固定するなどして各開口端面６ｂ、８ｂ間にずれが生じないようにし、例えばレーザ溶着などの適当な接合方法でケース６及びカバー８の当接面間を接合することによって、ケース６とカバー８との組立において大きな組立誤差を生じることなく、すなわちカバー８がケース６との互いの外形基準に基づいてケース６に組み付けられ、光電センサ装置１の組立が完了する。
【００１５】
ところで、本実施形態では、ケース６に対し回路基板４を組み付けて位置決めする位置決め機構（位置決め手段）１２が設けられている。
詳しくは、ケース６の底面６ａには、回路基板４の厚みｔと同程度かそれよりも若干大きな高さＨ、数ｍｍ程度の直径ｄの外形寸法を有する円筒形状のボス（突起部）１４が突設され、一方、回路基板４には、ボス１４が嵌合可能なボス孔１６が貫通されて設けられ、位置決め機構１２は、一組の、ボス１４及びボス孔１６から構成されている。ボス１４の先端はケース６の底面６ａに対して平行な平面をなしていることが望ましいが、凸面形状あるいは円錐形状をなしていても良い。なお、ボス１４はケース６と一体に形成しても良いし、後から底面６ａに接合して設けても良い。光素子２は、ボス孔１６を塞ぐように回路基板４の被実装面４ａに固定される。この固定は接着剤により、あるいは光素子２の電気的端子を被実装面４ａの回路パターンにハンダ付けすることにより実施される。ボス孔１６は、回路基板４の被実装面４ａにおいて光素子２の裏面によって塞がれ、回路基板４の背面４ｂにおいて開口される。なお、光素子２は、ボス孔１６を完全に塞いでいることが望ましいが、ボス孔１６の少なくとも一部を塞いでいれば良い。
【００１６】
そして、回路基板４を底面６ａに載置する際に、ボス１４がボス孔１６に嵌合され、この際にボス１４の端面１４ａがレンズ１０と対向する光素子２に、好ましくは光素子２の発光または受光を行う電子部品が実装された面（光学面）２ａとは反対側の背面２ｂに当接され、回路基板４がケース６に対し組み付けられる。これにより、底面６ａに対する回路基板４、ひいては光素子２の被実装面４ａ方向（図１の向きでの幅、奥行き）の位置決めがなされ、これと同時にレンズ１０に対する光素子２の距離Ｄがケース６側にて規定される。なお、ボス１４のボス孔１６に対するはめあいは特に限定されない。よって必ずしもしまりばめである必要はなく、すきまばめや、すきまばめとしまりばめとの中間の中間ばめでも良い。
【００１７】
また、本実施形態の場合には、ボス１４及びボス孔１６は、理想的にはその中心軸と光素子２の光学的中心軸である光軸１８とが重なるように設けられ、光軸１８は光素子２の平面視略中央に位置づけられる。換言すると、上述したようにレンズ１０は光素子２と正対する位置関係にあり、光素子２の光軸１８はレンズ１０の光軸と一致していることから、ボス１４及びボス孔１６は光素子２及びレンズ１０の共通の光軸１８上に設けられるともいえる。無論、ボス１４及びボス孔１６の中心軸と光軸１８とを完全に重ねることは困難であるが、目安として上記中心軸が光素子２を通る程度の位置関係があれば十分である。
【００１８】
以上のように、本実施形態では、ケース６に対して回路基板４を組み付けて位置決めすることによってレンズ１０に対する光素子２の距離Ｄをケース６側にて規定する位置決め機構１２を備える。具体的には、位置決め機構１２は、ケース６に形成されるボス１４を有し、レンズ１０と対向する光素子２の光学面２ａとは反対側の光素子２の背面２ｂにボス１４を当接させることによって、レンズ１０に対する光素子２の距離Ｄを規定する。これにより、レンズ１０に対する光素子２の距離Ｄを規定するための別部材を要さないため、光電センサ装置１を大量生産する際の生産コストを低減しつつ、光電センサ装置１の高性能化を図ることができ、簡易にして光電センサ装置１の小型化及び高性能化の両方を実現することができる。
【００１９】
次に、本発明の第２実施形態について説明する。
当該第２実施形態では、回路基板４の固定手段について説明するものであり、他は上記第１実施形態とは同様の構成をなすため、主としてこの固定手段について説明する。
図３〜６は、回路基板４の種々の固定手段を備えた光センサ装置１の縦断面図を示している。これらの場合には、光センサ装置１にて決定される光学プロファイルに応じて予め設定される距離Ｄの大きさによって、ボス１４の高さＨが回路基板４の厚みｔよりも大きくなるものの（Ｈ≧ｔ）、光素子２が回路基板４に実装され、ボス１４の端面１４ａが光素子２の背面２ｂに当接されているため、回路基板４の背面４ｂがケース６の底面６ａから離間され、回路基板４とケース６との間に空間２０が形成されている。
【００２０】
図３の場合には、空間２０に、ケース６の側壁６ｃに穿孔された注入孔２２が開口され、空間２０の適所に注入孔２２を介して接着剤を注入することによって接着部２４が形成され、接着部２４によって回路基板４が底面６ａに接着、固定される。
図４の場合には、カバー８と回路基板４との間の適所に弾性部材２６を設け、弾性部材２６は、所定の弾性力を発生するゴム、エラストマー、或いはばね等であって、回路基板４をケース６側に押圧することによって回路基板４を固定する。
【００２１】
図５の場合には、回路基板４の側面４ｃとケース６の側壁６ｃとの間に予めＵＶ（紫外線）接着剤による接着部２８を介在させ、光電センサ装置１の組立後に接着部２８に紫外線を照射して接着部２８を硬化することによって回路基板４が固定される。
図６の場合には、カバー８をケース６に組み付ける前に回路基板４をいわゆるヒートステーク３０によってケース６に熱溶着させ、回路基板４をケース６に対して固定する。
【００２２】
以上のように、本実施形態では、ケース６またはカバー８に回路基板４を固定する固定手段を備えることにより、予め設定される距離Ｄの大きさによって、ボス１４の高さＨが回路基板４の厚みｔよりも大きくなる場合であっても、位置決め機構１２によって距離Ｄを確実に規定することができる。
以上で本発明の一実施形態についての説明を終えるが、本発明は上記各実施形態に限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で種々の変更ができるものである。
【００２３】
例えば、上記各実施形態での光電センサ装置１に限らず、本発明は図７に示される斜め投光型の光電センサ装置１に適用することもできる。具体的には、鉛直方向から所定の傾斜角度で傾斜する光軸１８と垂直な傾斜面にボス１４の端面１４ａを形成することにより、斜め投光型の光電センサ装置１であっても、レンズ１０と光素子２とを正対させ、距離Ｄを規定することができる。
【００２４】
また、本発明は、図８に示されるような光電センサ装置１に適用することもできる。具体的には、ボス１４をケース６の底面６ａに立設し、カバー８の側壁８ａに設けられたレンズ１０に向けてＬ字状に屈曲させて距離Ｄを規定しても良い。
更に、図９に示されるように、回路基板４の背面４ｂに光素子２を実装し、回路基板４の所定領域に開口部３２を設けることにより、光素子２の光学面２ａの少なくとも中央部を回路基板４に覆われることなくレンズ１０に正対させ、ボス１４を光素子２の背面２ｂ全体に当接させる形状にして距離Ｄを規定しても良い。
【００２５】
更にまた、図１０に示されるように、回路基板４の背面４ｂに光素子２を実装し、回路基板４の所定領域に開口部３２を設けることにより、光素子２の光学面２ａの少なくとも中央部を回路基板４に覆われることなくレンズ１０に正対させ、更に光素子２の背面２ｂをケース６の底面６ａに直接に当接させて、ケース６及びカバー８の箱体の深さを変えることによって距離Ｄを規定しても良い。
【００２６】
また、図１１の光電センサ装置１の要部を示す分解斜視図を参照すると、回路基板４に切り欠き部３４を設け、切り欠き部３４の上に光素子２を実装し、切り欠き部３４に嵌合可能な突出部３６をケース６の側壁６ｃから連続形成しても良い。この場合には、ケース６に開口端面６ｂと面一に形成される突出部３６の端面３６ａが光素子２の背面２ｂに当接され、突出部３６の高さＨに応じて距離Ｄが規定される。
【００２７】
更に、図１２に示されるように、回路基板４の光素子２の実装領域にボス１４が貫通可能な貫通孔３８を設け、貫通孔３８を介したボス１４を光素子２に直接に当接、嵌合させても良い。具体的には、ボス１４の端面１４ａに小突部１４ｃを設け、光素子２の背面２ｂの中央部に小突部１４ｃが嵌合可能な小凹部２ｃを設けることによって、距離Ｄをより正確に規定可能である。
【００２８】
更にまた、図示は省略するが、ボス１４の形状は上述したような円柱形状に限定されるものではなく、断面視多角形状のボス１４や、或いはボス１４を複数立設したり、或いは円柱に中空部を設けた筒形状のボス１４を設けても良い。
また、上記各実施形態では、１組の対応する光素子２、回路基板４、位置決め機構１２が設けられるが、これに限らず、複数組の対応する光素子２、回路基板４、位置決め機構１２を設けても良い。例えば、発光素子とそれに対応する回路基板、位置決め機構、及び、受光素子とそれに対応する回路基板、位置決め機構を設けても良く、或いは、各位置決め機構の平面方向変位の干渉を回避するために、１つの回路基板を各位置決め機構の配置位置で分けてフレキシブルに接続するつなぎ部材によって接続するようにしても良い。
【００２９】
最後に、上記各実施形態では、光素子２をシリコン等の基板上に電子部品を実装し、表面をエポキシ樹脂等で封止した表面実装パッケージ部品としているが、光素子２を上記金属を剥き出しにした、いわゆるベアチップとしても良い。
【符号の説明】
【００３０】
１  光電センサ装置
２  光素子
２ａ  光学面
２ｂ  背面
４  回路基板
６  ケース
８  カバー
１０  レンズ
１２  位置決め機構（位置決め手段）
１４  ボス（突起部）
【図１】
2010219202.tif 000003
【図２】
2010219202.tif 000004
【図３】
2010219202.tif 000005
【図４】
2010219202.tif 000006
【図５】
2010219202.tif 000007
【図６】
2010219202.tif 000008
【図７】
2010219202.tif 000009
【図８】
2010219202.tif 000010
【図９】
2010219202.tif 000011
【図１０】
2010219202.tif 000012
【図１１】
2010219202.tif 000013
【図１２】
2010219202.tif 000014